Prenosné zariadenia s nízkym výkonom sú často navrhnuté tak, aby boli napájané malými suchými článkami, ktoré nie sú určené na dobíjanie. Takéto jednorazové chemické zdroje napätia sú doma známe ako batérie. Obľúbené sú batérie veľkosti AA a AAA. Tieto písmená označujú vonkajší formát batérie. Vnútorné usporiadanie môže byť úplne odlišné. V tomto tvare sú k dispozícii rôzne typy batérií vrátane nabíjateľných batérií (dobíjateľné batérie).
Obsah
Čo je to batéria?
Výraz "batéria" nie je celkom správny. Batéria je zdroj energie zložený z niekoľkých prvkov. Napríklad kompletná batéria sa môže nazývať 3R12 (3LR12) - "štvorcová batéria" (336 v sovietskej klasifikácii) - pozostávajúca z troch článkov. Batéria sa skladá aj zo 6 článkov 6R61 (6LR61) - "Crone", "Corundum". Názov "batéria" sa však v domácnostiach používa aj pre jednočlánkové chemické zdroje energie vrátane veľkosti AA a AAA. V anglickej terminológii sa jeden článok nazýva Cell a batéria zložená z dvoch alebo viacerých zdrojov napätia sa nazýva Battery.
Bunky sú hermeticky uzavreté valcové nádoby. V bunkách dochádza k premene chemickej energie na elektrickú. chemickú energiu na elektrickú energiu. Činidlá (oxidačné činidlo a redukčné činidlo), ktoré vytvárajú EMP, sa umiestnia do kadičky vyrobenej zo zinku alebo ocele. Dno kadičky slúži ako záporná svorka. V minulosti bol celý vonkajší povrch šálky vystavený zápornému pólu, ale táto cesta spôsobovala časté skraty. Povrch valca bol tiež skorodovaný, čo skrátilo životnosť a dobu skladovania článku. V dnešných batériách je na vonkajšej strane nanesená vrstva, ktorá chráni pred koróziou a slúži ako skratová izolácia. Vodičom prúdu kladného pólu je grafitová tyč, ktorá vedie von.
Typy batérií
Batérie sa rozdeľujú do kategórií podľa rôznych kritérií. Hlavným je chemické zloženie - technológia použitá na výrobu elektrickej energie. Pre praktické aplikácie existuje aj niekoľko rôznych charakteristík.
Podľa chemického zloženia
Rozdiel potenciálov na póloch galvanických článkov vzniká chemickou reakciou medzi látkami v roztoku elektrolytu a zaniká, keď zložky úplne zreagujú. Potrebné procesy možno dosiahnuť rôznymi spôsobmi. Podľa tohto kritéria sa batérie delia na:
- Fyziologické batérie. Tradičný typ batérie, vynájdený približne pred 100 rokmi. Reakcia medzi zinkom a oxidom manganičitým prebieha v prostredí elektrolytu, ktorým je zahustený roztok amónnej soli. Okrem toho, že sú tieto články ľahké a lacné, majú aj niekoľko významných nevýhod
- nízka nosnosť;
- náchylné na samovybíjanie počas skladovania;
- slabý výkon pri nízkych teplotách.
Výrobná technológia sa považuje za zastaranú, preto boli tieto články na trhu s galvanickými článkami nahradené novšími typmi.
- Alkalické články sa považujú za modernejšie. Sú konštruované rovnakým spôsobom, ale elektrolytom je roztok zásady (hydroxidu draselného). Tieto batérie majú oproti alkalickým batériám výhody:
- vyššia kapacita a nosnosť;
- nízky samovybíjací prúd pre dlhú skladovateľnosť
- dobrá funkčnosť pri nízkych teplotách.
Cenou za to je vyššia hmotnosť a cena.
- V súčasnosti sú najmodernejšími článkami lítiové batérie (nezamieňať s lítiovými batériami!). Ako "plusové" činidlo sa používa lítium lítiumMínusová hodnota môže byť iná. Ako elektrolyt sa používajú aj rôzne kvapaliny. Táto technológia umožňuje získať bunky, ktoré majú tieto výhody:
- nízka hmotnosť (nižšia ako u iných typov);
- dlhá skladovateľnosť vďaka veľmi nízkemu samovybíjaniu;
- vyššia kapacita a vysoká zaťažiteľnosť.
Na druhej strane sú vysoké náklady.
Tieto tri technológie sa používajú na výrobu článkov AA a AAA. Existujú dva ďalšie typy batérií, ktoré stoja za zmienku:
- ortuť;
- striebro.
Tieto technológie sa používajú najmä na výrobu batérií v tvare disku. Tieto články majú svoje výhody aj nevýhody, ale dni ortuťových batérií sú spočítané - medzinárodné dohody predpokladajú pokles výroby a úplný zákaz výroby v najbližších rokoch.
Veľkosť
Veľkosť (alebo skôr objem) batérie jasne definuje jej elektrickú kapacitu (v rámci technológie) - čím viac činidiel sa do valca zmestí, tým dlhší je reakčný čas. Kapacita slanej batérie veľkosti AA bude väčšia ako kapacita slaného článku veľkosti AAA. K dispozícii sú aj iné formy batérií AA:
- A (väčší ako AA);
- AAAA (menšie ako AAA);
- C - stredná dĺžka a väčšia hrúbka;
- D - dlhší a hrubší.
Tieto typy článkov nie sú tak populárne a ich rozsah použitia je obmedzený. Oba typy sú k dispozícii len v alkalickej a soľnej technológii.
Podľa menovitého napätia
Menovité napätie jednočlánkovej batérie je určené jej chemickým zložením. Jednotlivé alkalické galvanické články so soľným roztokom dodávajú napätie 1,5 V pri voľnobehu. Lítiové napájacie zdroje sú k dispozícii s napätím 1,5 V (pre kompatibilitu s inými typmi) aj s vyšším napätím (až do 3 V). V daných veľkostiach sa však dajú kúpiť len 1,5 V články - aby nedošlo k zámene.
Nové batérie majú pri nominálnom zaťažení napätie blízke tejto hodnote. Čím viac sa chemický zdroj vybíja, tým viac klesá výstupné napätie pri zaťažení.
Z článkov možno zostaviť batérie. Výstupné napätie sa potom stáva násobkom napätia jedného článku. Napríklad batéria 6R61 ("Krona") obsahuje 6 polovičných článkov. Dodávajú celkové napätie 9 V. Veľkosť každého článku je malá a kapacita takejto batérie je nízka.
Ktoré batérie sa nazývajú "prstové články" a "malé prstové batérie"?
Obe tieto veľkosti galvanických článkov patria do triedy batérií veľkosti prsta. Tento technický termín sa používa od sovietskych čias na označenie batérií tohto tvaru. V ZSSR sa vyrábali jednočlánkové alkalické články Uran M (316) a Kvant (A316), ktoré zodpovedajú súčasnému typu AA. Existovali aj ďalšie prstové bunky valcovitého tvaru iných veľkostí a rozmerov.
V 90. rokoch 20. storočia obchodníci na trhoch zaviedli termín "pinky" batérie, aby odlíšili články AAA od iných typov. Toto meno sa stalo bežným v domácnosti. Ale používať ho v technických materiáloch je prinajmenšom neprofesionálne.
Hlavné technické vlastnosti batérií AA a AAA
Hlavným rozdielom medzi batériami typu AA a AAA je ich veľkosť. A to, ako už bolo povedané, určuje kapacitu.
| Veľkosť | Dĺžka, mm | Priemer, mm | Elektrická kapacita, mA⋅h | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Lítium | Soľ | Alkalické | Lítium | ||
| AA | 50 | 14 | 1000 | 1500 | do 3000 |
| AAA | 44 | 10 | 550 | 750 | 1250 |
Treba mať na pamäti, že elektrická kapacita závisí od vybíjacieho prúdu a jej nominálna hodnota pre žiadny typ článku nepresahuje niekoľko desiatok miliampérov. Pri prúdoch nad 100 mA bude kapacita batérie oveľa nižšia. To znamená, že článok s kapacitou 1000 mA⋅h a vybíjacím prúdom 10 mA vydrží približne 100 hodín. Ak je však vybíjací prúd 200 mA, nabíjanie sa vybije oveľa skôr ako za 5 hodín. Kapacita sa zníži niekoľkonásobne. S klesajúcou teplotou klesá aj elektrická kapacita všetkých článkov.
V závislosti od veľkosti a technológie majú batérie rôznu hmotnosť, hoci táto vlastnosť je málokedy rozhodujúca - hmotnosť prístroja je vo väčšine prípadov oveľa väčšia ako hmotnosť niekoľkých batérií. Častejšie je to potrebné vedieť na účely skladovania a prepravy galvanických článkov.
| Veľkosť | Hmotnosť, g | ||
|---|---|---|---|
| Soli | Alkalické | Lítium | |
| AA | do 15 | do 25 | do 15 |
| AAA | 7-9 | 11-14 | do 10 |
Hmotnosť batérií sa líši nielen v závislosti od technológie výroby, ale aj od spôsobu výroby skla. Môže byť kovový s plastovým povlakom alebo úplne polymerizovaný. S tromi energetickými bunkami môžete získať prinajlepšom 30 gramov hmotnosti. Je nepravdepodobné, že by to bolo rozhodujúce kritérium výberu.
Životnosť akumulátora závisí od prúdu samovybíjania a kapacity článku. Samovybíjanie závisí od technológie, kapacity a tvaru. V praxi však druhá vlastnosť prispieva k úniku náboja počas skladovania menej. Aspoň to tvrdia výrobcovia, ktorí uvádzajú približne rovnakú životnosť článkov AA a AAA. Životnosť je ovplyvnená aj teplotou, so zvyšujúcou sa teplotou sa skracuje čas skladovania.
| Veľkosť | Doba skladovania, roky | ||
|---|---|---|---|
| Soli | Alkalické | Lítium | |
| AA, AAA | do 3 | do 5 | 12-15 |
So soľnými bunkami je ešte jeden problém. Pri batériách nižšej kvality môže dochádzať k úniku elektrolytu. Skutočný čas skladovania je preto v tomto prípade ešte kratší.
Napájacie zdroje možno prevádzkovať za rôznych podmienok vrátane teploty. Vhodnosť galvanických článkov sa líši aj v závislosti od výrobnej technológie. Bolo spomenuté, že soľné batérie nefungujú dobre pri teplotách pod nulou. Lítiové batérie majú pri všetkých svojich výhodách hornú hranicu +55 °C (spodná hranica je až mínus 40 (zvyčajne mínus 20), v závislosti od výrobcu). Alkalické majú široký rozsah, približne od mínus 30 do +60 °C, a sú z tohto hľadiska najuniverzálnejšie.
Ak to zhrnieme, skupina článkov AA a AAA v skutočnosti zahŕňa veľké množstvo variantov galvanických článkov. Je možné vybrať batériu pre široký rozsah prevádzkových podmienok a široký rozsah nákladov.
Súvisiace články:
